关于电子电气电路的隔离技术分析

邓秋伦

摘要：电子电气电路的隔离技术对电气设备的性能影响十分重要，在电路设计中要求综合的分析电路中的噪声、干扰信号的来源，并结合具体的情况设计合适的隔离技术与方法，通过对模拟电路、数字电路以及二者之间结合电气电路的隔离技术进行分析，探究了常用的电子电气电路中隔离技术，为相关的工作人员提供借鉴与指导。

关键词：电子电路；电气设备；隔离技术

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）08-0229-02

在电子电气设备中，为了有效地对电路中的干扰与噪声进行隔离，提高电路工作的稳定性，通常采用电路隔离的方法来切点电路中噪声与干扰产生的路径，使得电气电路能够达到抑制噪声的目的，使得电路在工作的过程中能够满足电磁兼容性的要求，在对电子电气电路进行隔离时有很多方法，例如模拟/数字电路隔离方法、直流电压隔离法、光纤隔离法等，在具体的隔离过程中，可以依据电气电路的工作情况，采取合适的方法进行隔离，达到降低噪声与干扰的目的。

1模拟电路隔离技术分析

在电子电气设备中一般都包括一套控制装置、供电系统、模拟信号产生与测量系统等部分，而根据电气设备的应用范围不同，供电系统可以分为交流供电系统与直流供电系统两个部分，相对应地直流电压供电系统一般采用直流电进行隔离，交流电压供电系统采用交流电压进行隔离。由于模拟电路的组成结构与信号测量的结构比较复杂，在对噪声与干扰进行处理时，不仅要考虑信号的精度，同时还要考虑频带的宽度等因素，而对于高电压器、大电流信号等设备噪声与干扰的隔离，主要采用电压互感器（电流互感器）等设备进行隔离，以提高电路的稳定性，而对于微电压、微电流信号中出现干扰与噪声主要采用线性隔離放大器来实现噪声的隔离，而对模拟信号控制电路一般采用的是变压器或者自流电压隔离器的方式进行隔离。

1.1供电系统的隔离技术分析

1.1.1 交流供电系统隔离技术

一般情况下，交流电中往往会存在大量谐波、高频干扰信息、环境干扰等情况，对于这种高频谐波的现象的交流供电装置，主要采用抑制干扰的方法对噪声进行隔离，例如可以采用电压隔离变压器对供电设备中的窜入电路进行隔离，达到降低电路中存在的电磁干扰问题，但有时普通的变压器的一次绕组与二次绕组之间是绝缘的，能够有效地阻止变压器一次侧的噪声、电流传输到二次侧，具有一定的隔离作用，但是由于在变压器中存在分布电容，这样交流电中的噪声会通过电容将噪声、干扰传递到二次侧，对后续的供电系统造成干扰，为了有效地抑制这种现象的出现，就必须在变压器的绕组间添加屏蔽层，从而达到抑制噪声与干扰的目的，同时也能够提高电路设备的兼容性。随着电子技术的发展，目前已经成功研制的隔离变压器可以专门的抑制噪声，它是绕组与变压器的整体都采用屏蔽层的多层屏蔽变压器，并对变压器的铁芯、线圈位置的设置等都做了特殊的处理，以切断高频噪声的传输途径，降低电子线路中的差模噪声通过电容感应而传输到变压器的二次侧，起到良好的隔离作用，是一种比较理想的交流供电系统的隔离技术。

1.1.2 直流供电系统的隔离

直流供电系统的隔离一般采用的技术先对稳定，在系统的控制装置与电子电路的设备需要隔离时，可以采用在交流侧采用隔离变压器就能够有效地进行隔离，还可以在电气设备中采用DC/DC变换器自流压隔离器就能够达到隔离的效果，起到对电流中的噪声与干扰进行隔离的作用。

1.2 模拟电路信号测量系统的隔离技术分析

在模拟测量信号系统中往往具有一定的自流分量与共模噪声，这会模拟测量系统的信号产生干扰，通过对信号干扰的处理，可以有效地对电路中的逻辑系统进行有效的隔离，导致电路的逻辑系统出现紊乱，特别是在精密测量系统中，就需要防止数字系统的脉冲干扰传输到模拟电路中，特别是前置放大部分，就需要对其进行合理隔离。

1）高电压、大电流信号的技术。在模拟电路信号测量系统中出现干扰与噪声信号，主要采用的是互感隔离器技术，在抑制电路噪声与干扰的原理上与隔离变压器的工作原理相似，在这里就不再重复。

2）微电压、微电流信号的隔离技术分析。微电压、微电流模拟信号产生过程比较复杂，在采用隔离技术时，不仅需要考虑电路的精度，同时还要考虑频带宽度与价格成本的问题，一般地，对于较小量的共模噪声，基本上可以采用差动放大器与仪表放大器就可以有效地解决问题，而对于共模噪声，要求处理的精度比较高，需要采用高精度的线性隔离放大器对其进行隔离，要求隔离放大器的参数冲击耐压8kVPK/lOs，非线性误差在0.007%左右。

1.3 模拟信号控制系统的隔离技术

信号控制系统的隔离采用的措施与模拟测量系统的噪声与干扰隔离的技术相类似，对于交流信号主要采用的是变压器隔离技术，而直流信号主要采用的是自流变压器或者非线性隔离器技术对噪声与干扰进行隔离。

2 数字电路的隔离技术

电子电气设备的数字技术主要包括信号输入输出系统、信号处理系统等，在不同的数据电路系统中，需要采用不同的隔离技术来处理噪声、干扰等问题，才能有效地提高电路的通信质量。

2.1 光电耦合器隔离技术

在数字电路的输入系统对噪声与干扰的抑制主要采用的光电耦合器隔离方法，并可以运用光电耦合器隔离的方法将数字电路的内部输出信号与外部电路隔离开，防止内外部电路之间的相互干扰，具体的隔离技术原理如图1、图2所示。

在图1、图2的隔离电路中，隔离的信号回路可以分别采用独立的电源而且采用不同的接地方式，可以将产生干扰与噪声电流消除，这样即使在远距离的信号传输，也可以有效的消除电路中的噪声与干扰电流，提高整个电路的稳定性。

目前，对于大多数光电耦合器件的隔离电压都控制在2.5kv以上，但是根据具体的工作情况来说，有的隔离元件控制电压达到了8kv以上，这样就存在高压大电流的光电耦合器，同时还存在高速高频光电耦合器件，可以快速地处理噪声与电磁波的干扰问题，例如常用的隔离器件4N25，工作的隔离电源在5.3kv，但它的工作频率在10MHz以上。因此，采用光电耦合隔离技术的性价比较好，但在使用应该注意隔离速度的问题。

2.2 脉冲变压器隔离技术

采用脉冲变压器隔离技术是运用分布较小的电容对来对电路中的噪声进行隔离，而且脉冲电容容量也比较小，一般仅为几个皮法拉，而且这种脉冲变压器的匝数较少，将铁氧磁芯导体两侧进行一次绕组与二次绕组，结合隔离电容而形成了脉冲信号隔离元件。采用这种技术可以将脉冲变压器技术的传递输入与输出脉冲信号进行处理，而不需要直接传递自流分量，提高了电路中的稳定性，在微电子技术中得到了广泛的应用。一般地，采用脉冲变压器隔离技术的信号传递频率控制在1kHz-lMkz之间，就可以达到对噪声与干扰信号的隔离，而目前的新型的高频脉冲变压器也得到了广泛的应用，传递频率可达到10MHz以上，具有良好的隔离效果。如图3所示的脉冲式隔离变压器结构，主要采用的是大功率的晶闸管（SCR）与大功率晶体管（CTR）等可控器件对电子电气中的干扰与噪声进行隔离控制，而且它的传递频率也达到了10MHZ以上，在电子电路中得到了广泛的应用。

图3 脉冲变压器隔离技术

继电器是常用的数字输出隔离元件，具有良好的隔离特征，在数字电路传输的过程中，为了提高隔离效果，往往采用继电器技术与脉冲变压器结合在一起，将电路中的低压电流与高压电流隔离开，使得在高压侧的干扰、噪声不能传输到低压侧，这样对电子线路的干扰也能够起到良好的控制作用。因此，在数字电路中采用继电器技术作为隔离元件与其他的隔离技术结合在一起，简单实用，隔离效果也比较好，而且价格低廉，应用根据广泛。

3 模拟电路与数字电路之间的隔离技术

在电子电路技术中，往往存在数字电路与模拟电路之间混合使用的情况，而在数字电路与模拟电路之间的信号转换时，主要采用模数转换器（A/D）或数模转换器（D/A）来实现二者之间的转换，在转换的过程中，需要采用一定的隔离技术进行处理，以防止二者在转换的过程中容易出现干扰的情况，同时也容易影响测量电路的精度，在抑制电路干扰与降低电路噪声时可以采用地线的方式将干扰信号进行接地处理，虽然这种方式不能有效的消除电路中的高频干扰，但能够起到降低噪声的作用，为了有效地将模拟信号与数字信号隔离就需在模数（A/D）转换器中添加光电耦合器，这样能够在一定的程度上将模拟信号与数字信号隔离开，但是在实际的应用中，还不能从根本上解决模拟电路中的干扰问题，对电路转换中出现的共模干扰和差模干扰地抑制还不是十分理想，特别是在高精度的测量的场合，这种方式还不能满足要求，这就需要将模拟信号与数字信号的处理部分与接收部分进行隔离处理，这样就可以有效的方式数字信号中的高频干扰进入模拟电路中，同时也能够有效地阻止前置電路部分的共模干扰和差模干扰，提高了信号的处理效率，这就隔离技术一般应用在高精度的信号策略系统中。在数字信号与模拟信号的处理过程中，为了更好地保证信号稳定，还需要全面的分析其中内部设备的噪声与外部干扰情况，进而要能够有效地解决电路中的接地与信号屏蔽的问题，这样就能够有效的处理好电磁兼容性要求的合格产品，达到对模拟电路与数字电路自己信号隔离的效果。

4 结束语

当前，随着人们对电子电气设备性能的要求越来越高，隔离技术在电子电气电路中得到了广泛的应用，从而也能够使得电子电气设备更加具有安全性，在一定程度上也能够有效地降低电气设备的能耗，提高电路中隔离效果，降低电气设备的噪声与干扰信号，在实际应用的过程中，需要对电气设备的内部噪声与外部干扰进行全面的分析与处理，并选择合适有效的方式选择隔离部位，设计出满足电磁兼容性要求的合格产品，提高电气设备的节能效果与利用效率。

参考文献：

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[2] 赵艳春.谈电子电气设备的电路隔离技术[J].科技创新导报，2016（8）.

[3] 陈玮敏.结构设计中的电磁兼容性（（EMC）设计.电子上程师，2016（9）.

[4] 高俊纲，刁庆安.展望21世纪的环境电磁学及电磁兼容技术[J].邮电设计技术，2015（5）.

【通联编辑：唐一东】